Лекция №19. Аналого-цифровые вычислительные комплексы
План лекции
1. Структура аналого-цифрового вычислительного комплекса.
2. Структура аналоговой вычислительной машины.
Структура аналого-цифрового вычислительного комплекса
По существу АЦВК относят к гибридным вычислительным устройствам и в принципе они могут создаваться с использованием серийно выпускаемых аналоговых и цифровых вычислительных машин. Или при необходимости использовать специально разработанные аналоговые и цифровые специализированные процессоры.
Смысл создания этих комплексов в основном преследует две цели.
Повышение быстродействия за счет использования аналоговых подпрограмм. Повысить точность за счет использования цифровых методов обработки.
Получить наиболее оптимальные сочетание вычислительной аппаратуры с реальными объектами управления и контроля.
Независимо от решаемой цели структура АЦВК обязательно должна содержать: цифровой процессор, несмотря на его специализацию, имеющий развитую систему команд и прерываний и аналоговый процессор, позволяющий, кроме решения заложенной задачи, производить автоматизированную коммутацию и настройку функциональных блоков.
В процессе работы такого комплекса происходит непрерывный обмен информацией между аналоговой и цифровой частями и поэтому в структуру АЦВК обязательно входят устройства ЦАП и АЦП, элементы аналоговой памяти, многоканальные ключи и коммутаторы.
С учетом сказанного наиболее обобщенную структуру АЦВК можно представить следующим образом.
Рис. 143. Структурная схема АЦВК
Элементы аналоговой памяти это в основном УВХ. Микросхемы серии К1100СК(1,2,3 …).
Структура этих устройств:
Рис. 144. Структура УВХ
Устройство может работать в двух режимах:
В режиме выборки, когда под действием управляющего сигнала ключ S замкнут.
В режиме хранения, когда ключ S разомкнут.
Поэтому повторитель А1 обеспечивает большое входное сопротивление по отношению к источнику сигнала и малое выходное сопротивление для эффективного заряда (разряда) конденсатора хранения.
Повторитель А2 исключает разряд конденсатора в нагрузку в режиме хранения, когда ключ S разомкнут.
Сказанное можно показать на графике:
Рис. 145. Временные диаграммы работы УВХ
До t1 Uвых повторяет Uвх так как режим выборки.
t1 – t2 – режим хранения.
t2 – t3 – выборка.
После t3 – хранение.
То есть это фактически идет квантование сигнала по уровню.
В основе построения аналогового процессора используется решающие усилители, выполненные, как правило, на интегральных операционных усилителях и выполняющие известные математические операции (в основном интегрирование, так как интегрирование более помехоустойчиво).
Гибридные или аналого-цифровые вычислительные комплексы могут составляться из серийно выпускаемых АВМ и ЦВМ или из специально разработанных для этого аналоговых и цифровых процессоров. Обязательной частью таких комплексов являются кодирующие (АЦП) и декодирующие (ЦАП) преобразователи для обмена информацией между аналоговой и цифровой частями комплекса.
При этом введение цифровых устройств управления и памяти в АВМ позволяет увеличить гибкость аналоговой машины, за счет организации последовательных вычислений, автоматической перестройки структуры аналоговой части, возможности разделения алгоритма на аналоговую и цифровую составляющие.
В настоящее время серийно выпускаются комплексы АЦВК-3, ГВС-100 и другие.